Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố công nghệ tới chất lượng bề mặt chi tiết gia công bằng phương pháp tia lửa điện xung định hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TRẦN QUANG TRUNG NGHI ÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CÔ NG NGHỆ TỚI CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT CHI TIẾT GIA CÔNG BẰNG PH ƯƠNG PHÁP TIA LỬA ĐIỆN XUNG ĐỊNH HÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS T ĂNG HUY HÀ NI 2010 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu luận văn khoa học Các kết nghiên cứu đợc đo đạc tính toán hoàn toàn xác trung thực, cha đợc công bố công trình khác Tác giả Nguyễn Trần Quang Trung Mơc lơc Mơc Néi dung Trang Trang b×a Lêi cam đoan Mục lục Danh mục thuật ngữ, ký hiệu, từ viết tắt Danh mục bảng biểu 10 Danh mục hình vẽ, đồ thị 11 Mở đầu 14 Chơng : Tổng quan gia công tia lửa điện 18 1.1 Đặc điểm phơng pháp gia công tia lửa điện 18 1.1.1 Những đặc điểm phơng pháp gia công tia lửa 18 điện 1.1.2 Khả công nghệ phơng pháp gia công tia lửa 19 điện 1.2 Các phơng pháp gia công tia lửa điện 19 1.2.1 Gia công xung định hình 21 1.2.1.1 Điện áp đánh lửa Uz 22 1.2.1.2 Thời gian đánh lửa trễ td 23 1.2.1.3 Điện áp phóng tia lửa điện Ue 23 1.2.1.4 Dòng phóng tia lưa ®iƯn Ie 23 1.2.1.5 Thêi gian phãng tia lưa ®iÖn te 23 1.2.1.6 Thêi gian xung ti 23 1.2.1.7 Khoảng cách xung t0 23 1.3 Hớng nghiên cứu đề tài 24 1.4 Kết luận chơng 26 Chơng - nghiên cứu chất phơng pháp gia công tia lửa điện 27 2.1 Bản chất vật lý chế hớt kim loại tia lửa điện 27 2.2 Thiết bị hệ điều khiển gia công tia lửa điện 32 2.2.1 Máy phát xung 33 2.2.2 Hệ thống dịch chuyển điện cực 33 2.3 Các yếu tố ảnh hởng đến trình gia công tia lửa điện 34 2.3.1 Các yếu tố điều khiển 34 2.3.1.1 Các đại lợng điện 34 2.3.1.2 ¶nh h−ëng cđa khe hë phãng ®iƯn δ 38 2.3.1.3 ¶nh h−ëng cđa ®iƯn dung C 40 2.3.1.4 ¶nh h−ëng diện tích vùng gia công F 41 2.3.2 Các yếu tố liên quan trình gia công tia lửa điện 41 2.3.2.1 Độ nhám bề mặt 41 2.3.2.2 Độ cứng lớp bề mặt gia công 43 2.3.2.3 Lợng hớt vật liệu gia công 44 2.3.2.4 Khe hở phóng tia lửa điện 48 2.3.2.5 Vật liệu phôi 49 2.3.2.6 VËt liƯu ®iƯn cùc 51 2.3.2.7 ChÊt ®iƯn môi 55 2.3.2.8 Các loại dòng chảy chất điện môi 58 2.4 KÕt luËn ch−¬ng 62 Ch−¬ng - hệ thống thí nghiệm đánh giá chất lợng bề mặt gia công tia lửa điện 77 3.1 Thiết kế thí nghiệm 77 3.1.1 Các giới hạn thiÕt kÕ thÝ nghiƯm 77 3.1.2 §iỊu kiƯn thùc thí nghiệm 77 3.2 Các thông số thí nghiệm 78 3.3 Các thiết bị dùng trình thí nghiệm 82 3.3.1 Phôi thí nghiệm 82 3.3.2 Thiết bị thùc hiƯn thÝ nghiƯm 83 3.3.2.1 M¸y xung HURCO SPARK 900 83 3.3.2.2 Mô tả trình thực thí nghiệm gia công máy 87 3.3.3 Phơng pháp đo hệ thống đo 88 3.3.3.1 Thiết bị đo nhám 89 3.3.3.2 Thiết bị đo lớp ảnh hởng nhiệt 90 3.3.3.3 Phần mềm EDM-IMI1.0 91 3.4 Khảo sát chất lợng suất gia công 92 3.4.1 ảnh hởng đơn yếu công nghệ 92 3.4.1.1 ảnh hởng dòng điện xung 92 3.4.1.2 ảnh hởng thời gian xung 93 3.4.1.3 ảnh hởng khoảng cách xung 94 3.4.2 ảnh hởng yếu tố phi công nghệ 96 3.4.2.1 ¶nh h−ëng cđa vËt liƯu 96 3.4.2.2 ¶nh h−ëng dòng dung dịch sục 97 3.4.2.3 ảnh hởng Timer-Dwell Timer-Lift 98 3.5 Kết luận chơng 101 Chơng - Mô hình hoá trình gia công 103 tia lửa điện 4.1 Mô hình định tính trình xung định hình 104 4.2 Mô hình toán học 108 4.2.1 Kiểm tra tính đồng thí nghiệm 108 4.2.2 Các bớc tiến hành quy hoạch thực nghiệm 109 4.2.3 Lựa chọn phân tích mô hình thông kê 109 4.3 Kết kuận chơng 117 kết luận chung 118 Tóm tăt luận văn tiếng việt Tóm tắt luận văn tiếng anh 123 tài liệu tham khảo phụ lục Danh mục thuật ngữ, ký hiệu, từ viết tắt Stt Ký hiệu AEDG a2 CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing CIM Computer Integrated Manufacturing CNC Computer Numerical Control EDM Electrical Discharge Machining EPS Easy Productivity System FMS Flexible Manufacturing Systems MEDM 10 NC 11 WEDM 12 MWEDM 13 Uz 14 td Thêi gian đánh lửa trễ 15 Ue Điện áp phóng tia lửa ®iƯn 16 Ie Dßng phãng tia lưa ®iƯn 17 te Thêi gian phãng tia lưa ®iƯn (TIME ON) 18 t0 Khoảng cách xung (TIME OFF) 19 20 Diễn giải Nội dung đầy đủ Abrasive Electrical Discharge Grinding Micro Electrical Discharge Machining Numerical Control Wire Electrical Discharge machining Micro Wire Electrical Discharge machining Điện áp đánh lửa Timer Dwell Thời gian dừng điện cực vị trí khe hở sau loạt xung Timer - lift Thời gian nhấc điện cực giữ vị trí khu vực công tác 21 Vo Độ mòn điện cực 22 Vw Lợng tách vật liệu phôi 23 Độ mòn tơng đối điện cực 24 25 We Năng lợng tách vật liƯu 26 ap HƯ sè c«ng st 27 η HƯ số tích điện 28 C Điện dung tụ điện 29 Cgh Điện dung giới hạn 30 Uopt Điện áp tèi −u 31 F DiƯn tÝch vïng gia c«ng 32 Fgh Diện tích vùng gia công tới hạn 33 Q §iƯn tÝch cđa tơ 34 R ChiỊu cao nhÊp nhô 35 z Chiều sâu ảnh hởng nhiệt 36 Htổng: 37 Hm 38 39 hc(z) 40 W Năng lợng phóng tia lửa điện 41 m Nhiệt độ nóng ch¶y cđa vËt liƯu ( C ) 42 E Độ bền ăn mòn 43 Hệ số dẫn nhiệt 44 Tm Nhiệt độ nóng chảy 45 TS Trở va ®Ëp nhiƯt 46 σ øng st gÉy 47 µ Sè poisson 48 α HÖ sè gi·n në nhiÖt 49 Mô dun Biot (không đơn vị) 50 EVbez 51 cw Khe hở phóng điện Nhiệt lợng tổng Nhiệt lợng tiêu hao Khối lợng riêng (g/cm3) Chiều sâu vết lõm Năng lợng bốc riêng (j/mm3) Nhiệt riêng (kJ/kg grd) 52 v Nhiệt độ sôi vật liệu (oC) 53 S Nhiệt độ chảy vật liệu (oC) 54 Tỷ trọng vật liệu(g/cm3) Danh mục bảng biểu Số bảng Nội dung bảng biểu 2.1 So sánh độ bền mỏi phơng pháp phay phơng pháp gia công tia lửa điện 2.2 Vật liệu sử dụng làm điện cực EDM 3.1 Phân lọai nhám theo VDI 3400 4.1 Các điều kiện cố định thí nghiệm gia công EDM 4.2 Tham số mức điều khiển thực nghiệm EDM 4.3 Đặc tính loại thép đợc chọn làm thí nghiệm 4.4 Bảng TN ảnh hởng hai tham số timer-dwell timerlift đến chất lợng bề bặt gia công 4.5 Đặc tính máy sung Hurco Spark 900 4.6 Bảng đánh giá tỉ lệ phần trăm ảnh hởng timer-dwell timer-lift đến chất lợng bề mặt 4.7 Bảng tổ hợp ảnh hởng thông số công nghệ đến suất chất lợng bề mặt 5.1 Bảng trực giao tổng quát víi tham sè ®iỊu khiĨn , theo Taguchi 18 5.2 Bảng thông số công nghệ thí nghiệm theo Taguchi 18 5.3 Bảng quy hoạch thực nghiệm theo thông số Ie ti 5.4 Bảng thông số thực nghiệm độ nhám 5.5 Bảng tham số mô hình thống kê 5.6 Bảng ma trận Ln() tham sè tèi −u 10 trang 13 183 170 176 167 181 173 173 169 15 186 171 176 173 − − h =171,6 ⇒ Rz = 80,65 h = 171 ⇒ Rz = 80,37 LÇn LÇn MÉu : SL STT hc h® hd – hc hc h® hd – hc 17 156 139 22 199 177 190 181 25 174 149 15 174 159 21 197 176 198 190 29 187 158 16 183 167 20 207 187 − − h =171,2 ⇒ Rz = 80,46 h =164,4 ⇒ Rz = 79,62 Lần Lần Mẫu : SL hc hđ 30 hd – hc hc h® hd – hc 142 112 36 155 119 37 147 110 32 147 115 29 155 126 34 158 124 32 149 117 36 149 113 28 152 124 31 147 116 STT 108 − − h = 117,8 ⇒ Rz = 32,98 h = 117,4 ⇒ Rz = 32,87 LÇn LÇn MÉu : SL STT hc h® hd – hc hc h® hd – hc 40 145 105 51 161 110 43 150 97 57 156 99 41 128 87 48 163 115 47 154 107 54 156 102 42 162 120 49 144 95 − − h =103,2 ⇒ Rz = 48,5 h =104,2 ⇒ Rz = 48,97 LÇn Lần Mẫu : SL hc hđ 34 hd – hc hc h® hd – hc 133 99 29 141 112 37 145 108 31 140 109 35 153 118 30 145 115 31 140 109 32 139 107 38 155 117 28 138 110 STT 109 − − h = 110,2 ⇒ Rz = 30,86 h = 110,6 ⇒ Rz = 30,97 Lần Lần Mẫu : SL hc hđ 41 hd – hc hc h® hd – hc 129 88 47 127 80 45 125 80 44 128 84 46 131 85 45 126 81 49 129 80 46 135 89 40 123 83 50 132 82 STT − − h = 83,2 ⇒ Rz = 23,29 h = 83,2 ⇒ Rz = 23,29 Lần Lần Mẫu : SL hc hđ 17 hd – hc hc h® hd – hc 117 112 22 108 86 19 109 90 29 109 85 14 97 83 17 123 106 21 105 84 21 104 83 16 107 91 20 106 86 STT 110 − − h = 89,6 ⇒ Rz = 25,08 h = 89,2 ⇒ Rz = 24,98 LÇn LÇn MÉu : SL hc h® 58 hd – hc hc h® hd – hc 133 75 49 128 79 56 129 73 47 130 83 52 122 81 50 133 83 56 140 84 57 134 77 54 143 89 53 136 83 STT − − h = 80,4 ⇒ Rz = 22,51 h = 80,8 ⇒ Rz = 22,62 LÇn LÇn MÉu : SL hc h® hd – hc hc h® hd – hc 15 76 61 21 90 69 19 84 65 19 84 65 23 86 63 15 86 71 18 85 67 17 79 62 14 83 69 20 86 66 STT − − h = 65 ⇒ Rz = 18,20 h = 66,6 ⇒ Rz = 18,65 111 MÉu 10 : LÇn SL STT hc hđ Lần hd hc hc hđ hd hc 133 127 15 140 125 10 149 139 138 129 143 135 12 153 141 13 141 128 145 137 134 127 17 143 126 − − h =131,2 ⇒ Rz = 61,66 h =131,6 ⇒ Rz = 61,85 Lần Lần Mẫu 11 : SL hc hđ 12 hd – hc hc h® hd – hc 128 116 17 129 112 112 103 14 133 119 15 140 125 16 131 115 13 133 120 13 133 120 10 127 117 17 138 121 STT − h =116,2 ⇒ Rz = 54,61 MÉu 12 : 112 − h =117,4 ⇒ Rz = 55,17 SL Lần hc hđ 19 Lần hd hc hc hđ hd hc 134 115 18 133 117 16 137 121 14 128 114 17 136 119 16 138 122 24 138 114 20 136 116 23 134 111 19 132 113 STT − − h = 116 ⇒ Rz = 32,48 h = 116,4 ⇒ Rz = 32,59 LÇn Lần Mẫu 13 : SL STT hc hđ hd – hc hc h® hd – hc 34 155 121 31 158 127 28 137 109 33 143 110 29 148 119 27 142 115 25 149 124 34 139 105 30 147 117 30 150 120 − − h =118 ⇒ Rz = 55,46 h =115,4 ⇒ Rz = 54,23 MÉu 14 : Cặp vật kính E = 8,16 113 SL Lần hc hđ 29 Lần hd hc hc h® hd – hc 128 99 25 119 94 35 120 85 20 125 105 21 115 94 27 124 97 24 148 124 22 117 95 26 113 87 26 125 89 STT − − h =97,8 ⇒ Rz = 27,38 h =96,0 ⇒ Rz = 26,88 LÇn LÇn MÉu 15 : SL hc h® hd – hc hc h® hd – hc 10 98 88 21 108 87 15 99 84 27 113 83 13 98 85 24 107 83 111 100 89 19 101 82 92 83 17 105 88 STT − − h = 85,8 ⇒ Rz = 24,02 h = 85,2 ⇒ Rz = 23,86 LÇn LÇn MÉu 16 : SL 114 hc h® hd – hc hc h® hd – hc 86 79 84 75 82 76 10 87 77 89 80 89 81 80 75 11 93 82 87 83 13 90 77 STT − − h = 78,6 ⇒ Rz = 22,00 h =78,4 ⇒ Rz = 21,95 LÇn LÇn MÉu 17: SL hc h® 21 hd – hc hc h® hd – hc 105 84 19 100 81 26 108 82 23 110 87 24 110 86 22 107 85 27 107 80 20 99 79 23 109 86 18 103 85 STT − − h = 83,6 ⇒ Rz = 23,40 h = 83,4 ⇒ Rz = 23,55 LÇn LÇn MÉu 18: SL STT hc h® hd – hc 115 hc h® hd – hc 11 78 67 76 69 74 65 10 77 67 15 87 72 82 73 13 87 74 13 77 64 84 76 11 86 75 − − h = 70,8 ⇒ Rz = 19,8 h = 69,6 ⇒ Rz = 19,48 Phụ lục Các thí nghiệm nghiên cứu ¶nh h−ëng cđa c¸c u tè kh¸c 1- ThÝ nghiƯm nghiên cứu ảnh hởng diện tích vùng gia công Điều kiện thí nghiệm 1- Loại chất điện môi sử dụng : Dầu Dielectric BP100 2- Tốc độ dòng ch¶y : 140 m/ph ( Q = lÝt/ph , F = 3mm) 3- Nhiệt độ dầu : 25-30oC 4- Sè l−ỵng thÝ nghiƯm : 04 19 20 21 22 MÉu MÉu MÉu MÉu DiÖn tÝch 5cm2 10 cm2 20cm2 40cm2 Chế độ công Chiều sâu 1mm 1mm 1mm 1mm nghệ lựa chọn Độ nhám RZ 44,08àm 44,74àm 49,44àm 60,60àm theo máy với Chiều sâu 5,16àm 6,08µm 9,14µm 15,84µm Ie = 7A, U ThÝ nghiƯm Ghi chó =100V tỉng 116 MÉu 19 : LÇn SL STT hđ hc Lần hd hc hc hđ hd – hc 12 96 84 21 110 89 17 122 105 19 124 105 97 88 15 96 81 15 113 98 18 114 96 102 94 13 111 98 − − h =93,8 ⇒ Rz = 44,08 h =93,8 ⇒ Rz = 44,08 LÇn LÇn MÉu 20 : SL STT h® hc hd – hc hc h® hd – hc 61 159 98 54 145 91 65 160 95 58 154 96 63 160 97 51 149 98 67 161 94 55 152 97 70 162 92 58 153 95 − − h =95,52 ⇒ Rz = 44,74 h =95,4 ⇒ Rz = 44,83 LÇn LÇn MÉu 21 : SL 117 STT h® hc hd – hc hc h® hd – hc 34 131 97 30 140 110 30 141 111 29 132 103 27 127 100 31 143 112 28 142 114 34 132 98 31 135 104 33 139 106 − − h =05,2 ⇒ Rz = 49,44 h =105,8 ⇒ Rz = 49,72 LÇn Lần Mẫu 22 : SL STT hđ hc hd – hc hc h® hd – hc 35 163 128 45 168 123 31 170 139 39 164 125 37 169 132 48 175 127 32 151 119 41 171 130 30 157 127 37 171 134 − − h = 129 ⇒ Rz = 60,6 h =127,8 ⇒ Rz = 60,06 ThÝ nghiệm nghiên cứu ảnh hởng chiều sâu gia công Điều kiện thí nghiệm Loại chất điện môi sử dụng : Dầu Dielectric BP100 Tốc độ dòng ch¶y : 140 m/ph ( Q = lÝt/ph , F = 3mm) 118 Nhiệt độ dầu : 25-30oC Sè l−ỵng thÝ nghiƯm : 03 23 24 25 MÉu MÉu MÉu ChiỊu s©u 5mm 20 mm 60mm Chế độ công nghệ lựa Đờng kính lỗ 30mm 30mm 30mm chọn theo máy Chế độ Độ nhám RZ 25,25àm 28,22àm 31,51àm Thí nghiệm Ghi công nghệ lựa chọn theo máy với Ie = 7A, Chiều sâu tỉng 7,47µm 10,34µm 12,41µm Thêi gian 58 231phót 580phót U =100V Mẫu 23 : SL Lần hc hđ 66 Lần hd hc hc hđ hd – hc 152 86 59 146 87 73 164 91 53 146 93 71 166 95 56 145 89 75 157 82 49 144 95 69 166 97 52 140 88 STT − − h = 90,2 ⇒ Rz = 25,25 h =90,4 ⇒ Rz = 25,31 LÇn LÇn MÉu 24 : SL 119 hc h® hd – hc hc h® hd – hc 54 157 103 49 154 100 56 163 107 47 148 101 52 150 98 51 145 94 56 152 96 50 153 103 58 158 100 57 155 98 STT − − h = 100,8 ⇒ Rz = 28,22 h = 100,2 ⇒ Rz = 28,06 LÇn LÇn MÉu 25: SL hc h® hd – hc hc h® hd – hc 29 149 120 25 146 121 35 131 96 20 125 95 21 128 107 27 135 108 24 162 138 22 149 127 26 137 111 26 139 113 STT − h =97,8 ⇒ Rz = 31,51 − h =96,0 ⇒ Rz = 31,88 Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hởng timer-lift timer-dwell Điều kiện thí nghiệm Loại chất điện môi sử dụng : Dầu Dielectric BP100 Tốc độ dòng ch¶y : 140 m/ph ( Q = lÝt/ph , F = 3mm) Nhiệt độ dầu : 25-30oC L−ỵngthÝ nghiƯm : 05 120 ThÝ nghiƯm MÉu MÉu MÉu MÉu MÉu timer-lift 1 timer-dwell 0 1 26 27 28 29 30 MÉu MÉu MÉu MÉu MÉu ChiỊu s©u 1mm 1mm 1mm 1mm 1mm Độ nhám RZ Hỏng mẫu Hỏng mẫu 24,27 àm 24,03àm 23,78àm Chiều sâu tổng 8,31àm 7,98àm 7,87àà Thời gian 15phót 16,32phót 20,11phót ThÝ nghiƯm MÉu 26 vµ mÉu 27 háng MÉu 27 : SL LÇn LÇn hc h® hd – hc hc h® hd – hc 10 99 89 21 109 88 15 98 83 26 113 87 13 100 87 24 107 83 11 108 87 20 101 81 92 83 18 105 87 STT − h = 85,8 ⇒ Rz = 24,27 MÉu 29 : 121 − h = 85,2 ⇒ Rz = 23,91 SL LÇn LÇn hc h® hd – hc hc h® hd – hc 87 79 84 75 81 76 89 77 10 90 80 10 91 81 80 75 11 93 82 87 83 13 90 77 STT − − h = 78,6 ⇒ Rz = 24,03 h =78,4 ⇒ Rz = 24,02 Lần Lần Mẫu 30: SL hc hđ hd – hc hc h® hd – hc 21 105 84 19 100 81 26 108 82 23 110 87 24 110 86 22 107 85 27 107 80 20 99 79 23 109 86 18 103 85 STT − h = 83,6 ⇒ Rz = 23,78 122 − h = 83,4 ⇒ Rz = 23,55 ... tài: Nghiên cứu ảnh hởng số yếu tố công nghệ tới chất lợng bề mặt chi tiết gia công phơng pháp tia lửa điện xung định hình 2- Đối tợng phơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hởng số yếu tố công nghệ. .. quan gia công tia lửa điện Chơng 2- Nghiên cứu chất phơng pháp gia công tia lửa điện Chơng 3- Hệ thống thí nghiệm nghiên cứu ảnh hởng yếu tố công nghệ đến chất lợng bề mặt gia công tia lửa điện. .. quan phơng pháp gia công tia lửa điện phơng pháp xung định hình (EDM) 1.2.1- Gia công xung định hình Gia công tia lửa điện dùng điện cực định hình, có hình không gian bất kỳ, in hình âm điện cực